CN1802618A - 模块化计算机系统及用于其的组件 - Google Patents

Abstract

一种模块化计算机系统(10)和用于在其中使用的组件(12、14、16、18、20、22、24、26)。

Description

模块化计算机系统及用于其的组件

相关申请的交叉引用

本申请要求在2002年8月12日提交的美国临时申请No.60/402,736的优先权。

发明背景

发明领域

本发明涉及计算机组件外壳系统及用于其的组件。更特定地，本发明涉及具有便利升级能力能力的模块化计算机系统和兼容组件。

现有技术描述

计算机系统在购买时常常不能在任何适当的时间长度内满足消费者的个人需要。因此，需要频繁地升级现有组件和添加部件，诸如升级处理器、加入更多的存储器、升级图形能力、升级声音能力或者为现有的个人计算机添加更大的硬盘。

对于大多数人，为计算机系统添加功能不是轻松的任务，并且可能会不正确地利用完成该任务的机会。为了向典型的计算机系统添加功能或者对其进行升级，必须断开任何连接到计算机的外部电缆，从计算机上移除后面板的螺钉以便于移除计算机的机盖，移除机盖(这样暴露出内部组件)，移除覆盖在插槽上的插槽盖(硬件卡将安装在该插槽中)，然后将硬件卡插入到暴露出的插槽中。当操纵硬件卡时，必须小心地不触及电路板的组件或者避免对存储器芯片的静电损伤。此外，对于硬盘或者可移除的媒体硬盘，还必须应对电源线、带状电缆和硬件开关配置。然后，为了完成该任务，必须重新放置计算机机盖，重新放置螺钉并且重新连接先前断开连接的任何外部电缆。

可以发现，当前计算机系统的添加或升级过程是耗时的、麻烦的和危险的，这有关将内部计算机组件暴露在周围环境(灰尘、静电、可能的液体溢出等等)中，有关硬件卡的电路操纵，并且有关正确地完成任何必需的电缆连接和开关配置。而且，由于母板上可利用的插槽的数目是有限制的并且底座上支架的数目是有限制的，因此通常存在对可添加到个人计算机中的硬件卡和硬盘数量的限制。

当前的计算机系统典型地包括母板。该母板在购买计算机系统时可以是有足够能力的并且是主流技术的；然而，随着技术的进步，处理器和/或存储器可能变得过时。在某种程度上，计算机系统可以通过为计算机附装升级卡而进行升级。然而，这带来对于当前计算机系统可以进行多大升级的限制。通常，当计算机系统不能满足新软件的需要或者不能执行可与较新的计算机系统相当的工作时，其变得过时。因此计算机系统被视为“用完即可丢弃的”，并且每隔几年就需要更换。

考虑到这些问题，显而易见，存在对这样的改进的计算机系统的需要，即其便利升级能力并且额外的硬件易于添加到该系统中同时具有最小的限制。因此，本发明寻求提供一种计算机系统和相关的组件，用于容易地和安全地添加功能、维修、定制、扩展、更新或者升级PC的硬件，其减小了损坏硬件附加设备上的电路的机会，并且有能力增加可附装到计算机上的硬件附加的数目。

如果提供了一种允许便利升级能力组件的模块化计算机组件外壳系统，则对于计算机业界将具有很大的优点。在结合附图阅读下面的描述之后，本发明的其他优点将是显而易见的，并且变得更加易于理解。

发明概述

根据上文提及的优点和工业的需要，本发明提供了一种可互连的模块化计算机组件系统，其包括至少一个联接模块，该联接模块包括至少一个中心数据或电气连接器，该连接器可以用作至少一个用于安放至少一个计算机组件的可互换硬件模块的互连连接器。该硬件模块包括互补连接器，由此联接模块的数据或电气连接器可以接收多种硬件模块的互补数据或电气连接器，用以创建硬件模块的计算机组件和联接模块之间的数据和/或电气通信。

通过利用每个计算机组件的多种模块，诸如处理器、存储器、视频/图形卡、声卡、硬盘、DVD和/或电源，它们可以相互层叠，并且可以通过中心联接模块互连，用以产生完整的计算机。这样，当计算机需要升级或者维修时，可以仅移除旧的模块，并“插入”新的替换的计算机组件。可以对联接模块进行电气和/或数据连接，并且计算机将即刻得到升级或维修。

一个特定的优选实施例具有某些部件，包括可层叠的蛤壳形配置，用于安放多种计算机组件。然后这些组件通过联接模块全部相互连接，该联接模块用作多种组件之间的中心电气或数据连接器。还可以预见到，可以通过除电以外的某些其他方法来实现该连接，即光纤、无线电波或者红外线连接。

通过这些公开内容，可以发现，可以实现完全模块化的和可互连的计算机系统，其对于经常需要升级或者维修的民用办公或者军用计算机安装的应用是特别有用的。本领域所公知的是，传统的计算机仅能在机箱不再能够安放所有组件、或者没有足够的电气连接器可用于并入新的组件之前进行升级。因此，传统的计算机具有固有的过时缺陷。本发明将缓和该问题，并且在用户构造计算机时，为计算机提供长的寿命。

尽管下文中将借助于具有某些部件的特定实施例的示例来描述本发明，但是必须认识到，不需要由本领域普通技术人员进行实践的小修改也为本发明的范围所涵盖并在本发明之内。在下文的描述中将阐述本发明的另外的优点和其他的新颖特征，并且特别地，通过在本发明的实践中检查或学习，对于本领域的技术人员，其将是显而易见的。因此，在不偏离本发明的精神的前提下，对于本领域的普通技术人员而言，显而易见的是，本发明能够实现许多其他的不同的实施例，并且其细节可以在不同的方面进行修改。因此，本说明的剩余部分将被认为是说明性的而非限制性的。

附图简述

为了进一步理解本发明的预期范围和多种实施例的本质和优点，应在结合附图时参考下面的详细描述，在附图中为相似的部分提供了相同的参考数字，并且其中：

图1是根据本发明的计算机系统的后部的透视图，该计算机系统包括联接模块、扩展联接模块和若干硬件模块；

图2是根据本发明的联接模块的前视分解透视图；

图3是根据本发明的扩展联接模块和硬件模块的后视透视图；

图4是图3中示出的组件的前视分解透视图；

图5是根据本发明的另一计算机系统的透视图；

图6是根据本发明的又一计算机系统的透视图；

图7是根据本发明的联接模块的透视图；

图8是图7示出的联接模块的分解透视图；且

图9示出了根据本发明的又一计算机系统。

发明详述

为了促进对本发明的原理的理解，现将参考附图中说明的实施例。将使用特定的语言来描述这些实施例。然而，应当理解，在此方面，目的不在于限制本发明的范围，并且对于本发明涉及的领域中的技术人员可以预期所说明的设备中的变化和进一步的修改，以及如此处描述的本发明的原理的进一步应用也是经常发生的。

通过下文的详细描述，将更加完整地理解本发明，应结合附图阅读下文的详细描述，在附图中相似的参考数字表示相似的结构。而且，应当注意到，此处使用的术语，诸如“后部”、“前部”、“顶部”、“底部”、“垂直”、“水平”等，仅用于帮助描述本发明的结构，如所说明的。将显而易见的是，本发明可以用于数种不同的方位。

如上文和下文所描述的，术语“PC”、“PC系统”、“个人计算机”、“计算机”和“计算机系统”是可互换使用的。在阅读随后的描述之后，对于本领域的技术人员，将立刻变得显而易见的是，本发明有关所有的计算机系统，而不论它们的名称、应用和尺寸，其包括：台式机、工作站、企业级系统、服务器、主机、嵌入式系统、笔记本、膝上型计算机、移动型计算机、手持型计算机、掌上型计算机和袖珍PC。利用其他的配置、应用和名称的计算机系统的创建将不削弱或回避本发明的精神。

如下文将描述的，本发明涉及一种设计用于实现互连能力的封闭式硬件模块的用户组装的集合体，这导致了易获得的、模块化的、可能无机架或者无底座的(即没有机箱)计算机系统。本发明的每个封闭式硬件模块具有主硬件以及必要的控制器/连接电路，并且被封入保护外壳中，该保护外壳适合于结构支撑，并且易于重复互连或者具有“接插能力(plug-ability)”。即便本发明的计算机系统可以是无机架的或者是无底座的，但是对于消费者或者设计者而言，所需的可能是保留该机架或者底座，并且包含有该机架或者底座将不会偏离本发明的精神。

现在参考附图，图1示出了本发明的实施例—计算机系统10的后部的透视图，该计算机系统10包括联接模块11、多种封闭式硬件模块12～26(参考数字采用偶数)和扩展联接模块36。联接模块11具有前侧38(图1中不可见)、后侧40、顶侧41和包括垂直侧42的两个垂直侧。联接模块11的后侧40具有若干插槽(在图1中不可见)，硬件模块插入在该插槽中。

插入在联接模块11中的矩形硬件模块是：处理器模块12、存储器模块14、视频/图形模块16、声音模块18、硬盘模块20、DVD/读写驱动模块22和电源模块24。联接模块11、处理器模块12和存储器模块14基本上一起取代了当前计算机系统中常用的并且被称为“母板”的部件。联接模块11基本上是“连接器板”，处理器模块和存储器模块连接到该“连接器板”。在本发明中，通过简单地将处理器模块和/或存储器模块替换为升级模块，使升级计算机系统的处理器和/或存储器更加容易。升级的水平相比于升级传统的母板来说受到较少的限制。

然而，在图中示出的计算机系统重新配置并使标准母板的元件分隔达到在这些计算机系统中消除母板的程度，但是对于本领域的技术人员显而易见的是，没有必要为了得到反映本发明精神的模块化计算机系统而重新配置标准的母板。换言之，标准的母板可以保留其传统的形式，但是添加的硬件可根据本发明实现模块化。该模块化的硬件将继续提供如此处讨论的优点。

扩展联接模块36具有顶侧46、底侧48、前侧50(未示出)和后侧52。底侧48可以附装到联接模块11的顶侧41使得具有联接模块11和扩展联接模块36之间的电气和数据连接。如果联接模块1中的插槽不具有足够的连接和/或所需的连接类型，则提供扩展联接模块36和任何其他的所需扩展联接模块，用以实现更多硬件模块的附装。例如，在联接模块11上不能获得用于调制解调器模块的插槽；然而，在扩展联接模块36中可获得用于调制解调器模块26的插槽。

本发明的联接模块、扩展联接模块和硬件模块封闭在用于保护内部电子元件的刚性材料中，用以允许方便地操纵模块而不会损伤内部元件，并且用以向计算机系统及其组件提供结构支撑。该刚性材料可以是，例如，塑料、合成物、金属、陶瓷和/或玻璃等，并且壳体(encasement)组件可以通过扣件保持在一起，或者在制程中作为一个部分而接合在一起，或者使用制造领域中已知的任何其他的技术保持在一起。

现在参考图2，在前视分解透视图中示出了联接模块11，其具有外部壳体54、连接器壳体56和联接电路板58。外部壳体54具有蛤壳型的设计，并且包括前壳体60和后壳体62。

连接器壳体56安放用于硬件模块的连接器，即处理器模块连接器64、存储器模块连接器66、视频/图形模块连接器68、声音模块连接器70、硬盘模块连接器72、DVD/读写驱动器模块连接器74和电源模块连接器76。穿过前壳体60的插槽44对应于多种连接器的每一个的位置。

联接模块11的后壳体62在垂直侧42上还具有用于标准外围设备的多种连接器。该多种连接器包括：键盘连接器78、两个USB端口、打印机连接器82和鼠标连接器84。该多种连接器端口仅是示例性的，因为连接器端口的类型可以改变。在连接器壳体56的顶部提供了凹形连接器88，用于附装图1中示出的扩展联接模块36。

现在参考图3，示出了硬件模块26和扩展联接模块36的后视透视图。所示硬件模块26与扩展联接模块36对准，但是未与其连接。

现在转到图4，示出了硬件模块26和扩展联接模块36的前视分解透视图。硬件模块26包括蛤壳型设计的壳体，其具有顶壳体90和底壳体92。顶壳体90具有伸长的凹陷的支脚轨导件94，而底壳体92具有伸长的凸出的支脚轨96。支脚轨和支脚轨导件使得其他的硬件模块能够滑动进入硬件模块26上面或者下面的位置，并且有助于使硬件模块固定在位。

硬件模块26还包括：顶部和底部的扩展间隔件98和100，每个扩展间隔件具有壳体开口102；调制解调器卡104；标准RJ11调制解调器电话插口106和凸形PCI连接器108。PCI连接器108从壳体的末端凸出，并且提供了使待插的硬件模块26插入到扩展联接模块36中的装置。尽管连接器108被示为PCI连接器，但是应当理解，该“互连”连接器可以是与任何适当的标准相一致的任何类型的连接器或者连接方法，包括无线技术，该标准可以是现行的标准和未来发展的标准(诸如即将来临的PCI Express标准)，只要其满足数据传输的要求。

扩展联接模块36包括具有蛤壳型设计的壳体，其包括前壳体110、后壳体112、联接板114、凹形PCI类型的连接器116、凸形联接板连接器118和凹形联接板连接器120。

图5说明了本发明的另一实施例—计算机系统122，其包括联接模块11和多种硬件模块126～140(参考数字采用偶数)。硬件模块126～140具有六边形的形状(如图6最佳示出的)，而不是图1、3和4中的硬件模块的常见的矩形形状。计算机系统122说明了这一事实，即硬件模块的形状不影响本发明的精神。此外，布置在联接模块上的硬件模块端口的形状和顺序不需要与图中所示的形状和顺序一致，即使所示的特定联接模块被设计用于按照特定硬件顺序进行连接。

在图5中，从底部向上，硬件模块是：电源模块126、DVD读/写CD驱动模块128、硬盘模块130、声音模块132、视频/图形模块134、存储器模块136、处理器模块138和可选的调制解调器模块140。在多种硬件模块之间存在间隔，其是由模块的支脚141产生的。所示硬件模块126～140“插接”在一起，用以形成由用户配置的计算机系统。

图6示出了本发明的另一实施例—计算机系统142的透视图。在该实施例中，联接模块(144)是嵌入式的联接模块。每个单独的硬件模块(146～160)在内部连接到嵌入式联接模块144。在该实施例中，从底部向上，硬件模块是：带有其凸形连接器147的电源模块146、带有其凸形连接器149的DVD读/写CD驱动模块148、带有其凸形连接器151的硬盘模块150、带有其凸形连接器153的声音模块152、带有其凸形连接器155的视频/图形模块154、带有其凸形连接器157的存储器模块156、带有其凸形连接器159的处理器模块158，以及带有其凸形连接器161的调制解调器模块160。联接模块144具有所有的凹形内部连接器(图6中未示出)。

图7示出了联接模块144的透视图，并且图8示出了联接模块144的分解透视图。联接模块144包括：带有支脚连接器164和凹形连接器166的顶壳体162、扩展器连接168、硬件处理器板170、带状电缆172、外部设备端口174和带有支脚连接器164和凸形连接器178的底壳体176。带状电缆172可连接到凹形连接器166和连接到凸形连接器172，并且允许模块之间的数据传输。电线180延伸通过支脚连接器164之一，并且呈现为用以允许连接用于联接模块144和六边形硬件模块(诸如图6中所示的那些)的电源。

图9示出了本发明的又一实施例—计算机系统200。计算机系统200与图6中示出的计算机系统142相似；然而，计算机系统200具有其嵌入式联接模块(202)和硬件模块之间的外部连接。该外部连接由外部布线204提供，其将每个硬件模块连接到嵌入式联接模块202。图9中示出的设计的独特特征在于，模块不必是层叠的。而是，模块可以(例如，水平地或者垂直地)布置在相同的平面上，或者某些是层叠的而其他不是层叠的。由于从联接模块延伸到多种硬件模块的挠性布线，使得该特征是可能的。

为了使用本发明，需要组装计算机系统的用户需要用于构成计算机系统的可利用的至少一个联接模块和必要的硬件模块。当前，通常认为，必要的硬件模块包括：处理器模块、存储器模块、视频/图形模块、声音模块、硬盘模块、读写驱动模块和电源模块。然后用户根据计算机系统的特定设计，适当地将多种硬件模块插接到联接模块中。随后，将诸如监视器、键盘、鼠标和打印机的外围设备插接到联接模块中，并且该联接模块随后插接到电源(诸如电源插座)。然后该计算机系统可供典型的使用。

然而，对于本领域的技术人员，可以进行其他的独特的配置，其并入了某些或者全部上文所述的最小模块配置，但是可以包括其他的模块配置，诸如分立的电源模块、全集成的游戏模块、高端家庭影院模块、远程控制模块、汽车模块、移动模块或者网络模块，为用户提供附装到专用游戏控制台、家庭娱乐系统、电视、自动化家用控制中心、汽车娱乐和GPS系统、移动设备、其他的计算机系统、或者个人网络或局域网上的另外的电子设备的能力。

在本发明的变化方案中，联接模块可以包括处理器和主存储器，这样，其与母板相似。然后必要的硬件模块和外围设备将插接到该联接模块中，如上文所讨论的。

为了升级或者添加上文所讨论的计算机系统，用户仅需将扩展联接模块附装到当前的联接模块，并且将另外的硬件模块安装到添加的扩展联接模块中。

因此，通过描述本发明，可以看出，本发明提供了模块化的计算机系统(和相关组件)，对其而言，可以容易地和安全地执行功能添加、维修、定制、扩展、更新和/或升级硬件，并且相比于当前的计算机系统，其具有较小的限制。通过本发明的模块化计算机系统，功能添加、维修、定制、扩展、更新和/或升级不需要移除计算机系统的机盖或者螺钉，降低了损坏(多个)硬件插入设备上的电路的可能性，使得可以进行插入设备的正确连接而不会有麻烦和错误，有能力增加可附装到计算机的硬件设备数目，并且最终允许计算机系统可以较好地跟随未来技术的发展。可将本发明设计为包括传统的底座或者机架配置，同时并入某些或者全部此处描述的模块化组件。然而，包括该机架或者底座将不会偏离本发明的精神。

简而言之，已经描述了使用任何或者全部的、本发明的多种特定实施例的或者在本发明范围内的概念和特征所带来的多种优点。新的计算机系统用作可层叠的和易于互换的计算机。

前文对本发明的优选实施例的描述已被呈现用于说明和描述的目的。其目的不在于穷尽说明或者将本发明限制于所公开的明确形式。根据上文有关特定实施例的教导，显著的修改或变化是可行的。选择和描述实施例是为了最佳地说明本发明的原理及其实际应用，由此使本领域的技术人员能够最佳地将本发明用于适合于预期的特定应用的多种实施例以及多种修改方案。本发明的范围由附属的权利要求所限定。

工业适用性

本发明在计算机工业中找到了特定的工业适用性，并且在需要便利升级能力的计算机系统的民用和军用办公环境中是特别有用的。

Claims (15)

1.一种模块化计算机组件系统，包括：

至少一个联接模块，其包括至少一个中心数据连接器；

至少一个可互换的硬件模块，用于安放至少一个计算机组件，所述硬件模块包括互补连接器，由此该联接模块的至少一个数据连接器可以接收该硬件模块的互补数据连接器，用以创建该硬件模块的计算机组件和该联接模块之间的数据通信；

由此，所述至少一个联接模块用作中心数据连接器的至少一部分，该至少一个硬件模块可被放入该中心数据连接器中用以与该联接模块进行通信，由此可以容易地互换和连接每个硬件模块，用于升级和维修而不会带来不当影响。

2.权利要求1的系统，其中至少一个联接模块用作用于被所有其他模块所连接的中心连接器，并且应包括足够数目的连接器，用以容纳多个待由此接收的硬件模块。

3.权利要求1的系统，其中联接模块的中心数据连接器可以包括选自包含以下项的组中的连接器：电气连接器、射频远程连接器、红外连接器、硬接线连接器、带状电缆连接器和光纤通信连接器。

4.权利要求1的系统，在如果需要大于联接模块上可用容量的容量时，则进一步包括用于连接到该联接模块的扩展联接模块。

5.权利要求1的系统，其中安放至少一个计算机组件的至少一个硬件模块包括选自包含至少以下项的组中的计算机组件：母板、计算机处理器、存储器组件、视频和图形卡组件、声卡和音频组件、存储器硬盘、DVD和读写驱动组件、电源。

6.权利要求1的系统，其中至少一个联接模块和至少一个硬件模块封闭在刚性材料中，用于保护包含在其中的计算机组件并且使该包含在其中的计算机组件易于层叠。

7.权利要求1的系统，其中至少一个联接模块和至少一个硬件模块是可物理连接的，由此通过模块的互连可以构建有全面能力的计算机。

8.权利要求1的系统，其中联接模块进一步包括用于标准外围设备的、选自包含以下项的组中的多种连接器：键盘、USB端口、打印机连接，鼠标连接器和其他标准设备。

9.权利要求1的系统，其中模块可以包括蛤壳型设计的刚性材料，用于安放计算机组件，由此单独的模块可以层叠在彼此的顶部，以具有任何层叠组件的易于互换能力，从而用于升级和维修。

10.一种模块化计算机组件系统，包括：

至少一个联接模块，其包括中心电气连接器；

至少一个可互换的硬件模块，用于安放至少一个计算机组件，所述硬件模块包括互补电气连接器，由此该联接模块的电气连接器可以接收该硬件模块的互补电气连接器，用以创建该硬件模块的计算机组件和该联接模块之间的电气通信；

由此所述至少一个联接模块用作中心电气连接器，至少一个硬件模块可被插接到在该中心电气连接器中用以进行电气通信，由此可以容易地互换每个硬件模块，用于升级和维修而不会带来不当影响。

11.权利要求10的系统，其中至少一个联接模块用作用于被所有其他模块所连接的中心电气连接器，并且应包括足够数目的电气连接器，用以容纳多个待由此接收的硬件模块。

12.权利要求10的系统，在如果需要大于联接模块上可用容量的容量时，则进一步包括用于电气连接到该联接模块的扩展联接模块。

13.权利要求10的系统，其中安放至少一个计算机组件的至少一个硬件模块包括选自包含至少以下项的组中的计算机组件：母板、计算机处理器、存储器组件、视频和图形卡组件、声卡和音频组件、存储器硬盘、DVD和读写驱动组件、电源。

14.权利要求10的系统，其中至少一个联接模块和至少一个硬件模块封闭在刚性材料中，用于保护包含在其中的计算机组件并且使该包含在其中的计算机组件易于层叠。

15.权利要求10的系统，其中至少一个联接模块和至少一个硬件模块是可物理连接的，由此通过模块的互连可以构建有全面能力的计算机。

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